关于汽车EMC辐射发射的思考

 

 

一、Basic knowledge：

 

辐射发射——简称RE，检测的是产品对外发出的辐射干扰。国际标准参考CISPR25，国标参考GBT18655。

这个标准分为Class1~5一共5个等级，等级5的要求最严格，一般汽车行业会选Class3到Class5，很少看到选Class1、 Class2的。当然很多车企都自己的企业标准。

 

二、How measure：

 

辐射发射的setup：（示例，请不求甚解即可。）

 

 

辐射发射测试的线束长一般要求1.7m~2m。蓄电池和负载箱之间会用AN即人工网络。AN可以阻止EUT产生的射频电磁骚扰进入电网，同时衰减来自电网的干扰信号。测试频段一般为150kHz~2.5GHz，根据测试频段的不同天线也会不一样，一般按下列要求准备天线：（上图就是b）这种情况）

a) 0.15 MHz~30 MHz 1 m 单极垂直天线；

b) 30 MHz~200 MHz 双锥天线；

c) 200 MHz~1 000 MHz 对数周期天线；

d) 1 000 MHz~2 500 MHz 喇叭天线或对数周期天线。

除了150kHz~30MHz，其他频段在测试的时候还需要分天线水平极化和垂直极化两个方向来测试。有的整车厂对样品也提出了XYZ三个方向的测试要求。

 

三、Measurement results V.S. Standard，Pass？or No？

简单的判断就是接收机测试得到的频谱低于标准要求的限值。但是测试标准上一般规定了三条曲线，即峰值，准峰值，均值。按照标准要求峰值+均值低于限值，或者准峰值+均值低于限值即可。但是由于准峰值的测试时间很长，一般按峰值+均值来测试。当然一切以测试计划为准。

仔细观察测试频段，我们会发现不是连续的，是一段一段的。为什么呢？大家看一下标准名称《车辆、船和内燃机-无线电骚扰特性-用于保护车载接收机的限值和测量方法》，测试的目的是为了保护车载接收机，而手机，对讲机，广播都是有固定的频段的。所以个人觉得有的时候要求全频段扫有点浪费了。

 

四、If No，How ？

坦率地讲，EMC的辐射发射一次性通过好像不太可能，特别是这几年整车厂标准越来越严格，而产品越来越复杂，成本要求往死里降。特别是新能源的电机控制器，DCDC，这几年又有什么车载以太网，音频视频。有点南。

如果辐射超标了，不要着急改，先查查是不是别的原因，3套组合拳送给朋友们，要坚定地对自己的产品要有信心。

1.测试场地确认；2.测试样品确认；3.测试工况标准确认；

 

下图：

 

 

五、优化Setup

如果这些都没有问题，那只能整改样品了？也不对，其实还是可以先优化setup的，比如说负载，比如说线束，比如说接地都是大有可为的。如果你选了一个EMC都没过的负载可能就会吃哑巴亏，如果你的线束做的不好，该双绞的没有双绞，该用屏蔽线的没有用屏蔽线都是对测试结果有很大影响的。还有就是接地，可能为了图快随便搞了个铜箔贴了一下，这都不行的。

 

 

 

如果最后定位到是产品的问题，整改的第一步是查找干扰源。找干扰源的方法很多，老法师凭经验，掐指一算就知道了。辐射发射整改的第一步是查找干扰源和耦合路径，否则后面的整改就毫无头绪全靠运气。如果不是老法师可以用以下几种方法：

 

经验法指的是经验老道的工程师根据超标的频段就知道是产品的哪个模块导致的。一方面你需要有丰富的EMC经验，另一方面你需要对产品非常熟悉。

 

如果你EMC经验足够丰富，对产品不是很熟悉，也可以像老中医一样，采用望闻问切的方法找到超标的原因。

 

如果你是一个新手，既没有什么EMC经验，对产品又不熟悉，你也不要绝望，老老实实的按图中的其他方法来查，你也一样可以找到问题。负载箱法其实是一种排除法。通过关闭不同的负载和输出信号，使怀疑的模块不工作来一个个排查，这种方法虽然很土，但只要你有耐心，总能找到干扰源。当然这种方法只适合于干扰源是输入模块和输出模块。如果是晶振，电源Buck这样的内部模块，该方法不太好用，可以考虑近场探头法。近场探头法是指通过频谱分析仪的进场探头在被测产品上一个区域一个区域的排查。如果对应的频段近场探头测到的干扰比较大，很有可能辐射发射的超标也与之有关。当然这种方法对于带外壳的产品需要开盖，具有一定的局限性，但特别适合于控制器等产品。看图法和Layout法是需要有一定的EMC经验和EMC常识的，要不你也看不出什么名堂。硬件法和软件法也是属于排除法，不需要有多少经验，但需要耐得住寂寞，沉得住气。而仿真法对工程师的要求比较高，需要有一定的仿真积累，要不不知道从何开始建模。通过下面的一些方法，大家肯定就可以找到干扰源和耦合路径。

1）近场法：黄金搭档，频谱分析仪+近场探头。探头找找就知道干扰源在哪

2）排除法：关负载，关软件，断线，通过排除找到源头

3）仿真法：通过仿真找到源头

4）还有一招就是根据测试频谱来判断，比如鼓包的一般是电源，buck，boost。比如有毛刺的可以根据频率来查。

 

 

 

 

查到了干扰源那就好办了，下面就可以动刀改了。大的方向就是抑制干扰源，切断耦合路径。

 

六、抑制干扰源一般有下面方法：

 

1）改变驱动频率

 

2）改变驱动电流电压

 

3）少用buck boost

 

4）增大slewrate

 

七、切断耦合途径可以有以下方法：

1）根据频段增加滤波，RC滤波，Π型滤波

2）串联磁珠，共模电感

3）减小走线回路

4）包地减小串扰

5）对于有些干扰大的芯片用屏蔽罩

大的方向就这些，具体的整改措施还需要在仿真或者测试中试。

 

八、整改

 

不同的电路模块有不同的整改方法，大的思路是滤波屏蔽接地，但是说起来简单做起来难。就拿滤波来说，设计什么样的滤波器，滤波器放在什么位置都是很有讲究的，弄不好适得其反。所以整改的时候还得注意细节。

比如说老生常谈的电源问题，还需要根据电源的特征来处理。BUCK电路近几年用的挺多，其EMI问题也是一个大问题。常规的整改思路如图。最简单粗暴的办法是让芯片厂商改变Buck电路的频率，但很多情况下供应商不愿意改。

 

当然也可以要求芯片厂商采用展频技术。如果芯片已经没有办法改了，那就只能在应用上下文章了。

比如优化BUCK电路的外围Layout，做单独的地岛，在芯片的临近层铺地，外围的电感用带屏蔽的。调整MOSFET的斜率都是很好的方法，并可以解决BUCK的EMI问题，只是需要做一些尝试。对于高速信号的电源，整改的思路有不一样，需要从叠层结构，电源阻抗等方面考虑，而这些优化更多的时候需要结合仿真来完成。

 

 

辐射发射整改的方法很多，并且根据不同的模块采取的措施也不一样。无非就是在干扰源上通过减少能量，降低干扰的剂量。通过改变工作频率，改变斜率来改变干扰频段。通过滤波和改变Layout等方法来改变耦合路径。